Diseño para la Realización

Generalmente en la ejecución de proyectos de desarrollo, la mayoría de los costos se incurren en las fases de desarrollo e implementación del ciclo de vida, independiente de si se trata de productos tangibles o intangibles. La

“realización” del producto típicamente se lleva entre el 75 y el 90% de los rubros, dependiendo de factores

tecnológicos e industriales del proyecto [98]. Por esto, debe apoyarse cualquier idea que pueda reducir los costos de crear los entregables del proyecto.

En sectores industriales, como el de procesamiento de polímeros, donde se requieren tiempos considerables para la fabricación de componentes y herramental para la obtención del producto, las prácticas de diseño efectivo pueden reducir significativamente los costos de producción. Por tanto, es claro que los especialistas de manufactura deben tener una participación activa, no solo en la fase de desarrollo, sino también, comenzar a articularse desde la fase de pre-desarrollo y conceptualización.

4.8.1.1.1.

Despliegue de la arquitectura del producto

El despliegue de la arquitectura es la asignación de los elementos funcionales del producto, identificados en el desarrollo de la estructura funcional durante el diseño conceptual de la etapa anterior, a componentes físicos y constructivos del producto ([11][38][39][87]). Por consiguiente, el propósito de la arquitectura del producto es definir los elementos constructivos en términos de lo que deben hacer y de las interfaces que tienen con el resto del artefacto.

Un producto tangible puede verse tanto desde una óptica funcional como desde una óptica física. Los “elementos funcionales” de un producto son las operaciones individuales y transformaciones que contribuyen al desempeño global del producto. En cambio, los “elementos físicos” son las partes, los componentes y sub-ensambles que finalmente implementan las funciones del producto, que se definen progresivamente con el avance del desarrollo. Algunos elementos físicos se determinan en el diseño conceptual del producto, y otros se definen durante las etapas de desarrollo en detalle y refinamiento del diseño.

Si los elementos físicos del producto están organizados por componentes constructivos mayores llamados

“bloques” [11], y cada bloque se compone de una colección de partes que implementan las funciones del producto, se dice entonces, que la arquitectura del producto establece el esquema mediante el cual los elementos funcionales del producto están organizados en bloques físicos y la manera cómo éstos interactúan. De esta forma, el tipo de arquitectura de un producto puede variar en un rango de clasificación, cuyos extremos son: la configuración modular y la configuración integral.

 Una arquitectura altamente modular es aquella en que cada elemento funcional del producto es implementado por exactamente un bloque físico, y donde existen unas cuantas interacciones bien definidas entre los bloques.

 En una arquitectura integral los elementos funcionales del producto se implementan en más de un bloque, y un bloque puede desempeñar diversas funciones a la vez. Este tipo de configuración muchas veces se considera para maximizar el desempeño. Los bloques se encuentran estrechamente relacionados entre sí, y con frecuencia las fronteras entre los bloques son difíciles de identificar o no existen.

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La configuración modular permite, en caso de un cambio requerido en el diseño, que se éste se realice exclusivamente sobre un bloque físico, sin necesidad de afectar a los demás. En la configuración modular, el diseño de cada bloque puede ser prácticamente independiente. Por el contrario, en la configuración integral, se combinan muchos elementos funcionales en unos cuantos bloques físicos, con el fin de optimizar algunos aspectos de desempeño; sin embargo, en este caso, las modificaciones que se realizan en un elemento constructivo o función particular, pueden requerir un rediseño considerable de todo o gran parte del producto.

La modularidad es una propiedad relativa de la arquitectura de un producto. Un producto difícilmente es completamente modular o completamente integral, más bien, es una característica comparativa entre diferentes conceptos de producto.

La arquitectura de un producto comienza a definirse desde la etapa del desarrollo conceptual, de manera informal mediante bosquejos (sketches), diagramas funcionales y prototipos preliminares. Generalmente, la madurez de la tecnología en la que el producto estará basado, determina si la arquitectura se define desde la etapa del diseño conceptual, o desde la etapa de desarrollo en la que se desglosan los requerimientos del nuevo sistema. Cuando el producto es una mejora incremental de un concepto existente, la arquitectura prácticamente se define desde el desarrollo conceptual, debido a que las tecnologías básicas y principios funcionales del producto ya se encuentran predefinidos, dejando así que el diseño conceptual se enfoque en mejorar las formas de corporificar el concepto. En cambio, cuando un nuevo producto involucra aspectos de innovación radical, el desarrollo conceptual se enfoca en explicar los principios funcionales y la tecnología en que se basará el producto, dejando la prioridad de la arquitectura de producto para la etapa de desarrollo.

La arquitectura se convierte así en una de las decisiones en el desarrollo que genera un gran impacto en una variedad de aspectos de diseño en el ciclo de vida del producto, tales como: la facilidad de manufactura (Design For Manufacturing -DFM) y ensamble (Design For Assembly -DFA), representada en costos, complejidad y tiempo; la facilidad para el mantenimiento; la habilidad para poder ofrecer variantes y opciones del producto; la facilidad con la que se pueden gestionar cambios de diseño que resulten necesarios, o la facilidad con que se pueda actualizar y complementar el producto. Así mismo, la arquitectura impacta aspectos como la flexibilidad de uso, la compatibilidad con elementos estandarizados en diferentes medios o mercados, la amigabilidad con el medio ambiente, e incluso, las posibilidades de aprovechamiento de oportunidades en propiedad intelectual, entre muchos otros factores.

Desde el punto de vista del proceso y gestión de desarrollo del producto, las decisiones relacionadas con la arquitectura también determinan la facilidad con que el diseño en detalle y las pruebas de estos elementos constructivos se puedan asignar a diferentes grupos de trabajo, individuos y/o proveedores, de manera que el desarrollo de cada componente se pueda llevar a cabo de forma concurrente.

4.8.1.1.2.

Diseño para la manufactura

En la presente etapa se fortalece el trabajo concurrente entre el equipo desarrollador del producto y el equipo desarrollador del proceso y herramental. Esto con el fin de que la solución incluya los aspectos necesarios de diseño para la realización. Por consiguiente, a partir de los proveedores seleccionados en la etapa anterior, se elige y se desarrolla el aliado correspondiente para el apoyo en el diseño y realización.

El proceso para incorporar esta experticia al desarrollo se llama diseño para la manufactura (Design For Manufacturing -DFM). El objetivo de DFM es optimizar el diseño lo más temprano posible, para considerar los procesos que se emplearán para realizar y fabricar los entregables, y contribuir a reducir los riesgos en la realización del producto. Adicionalmente, DFM se enfoca en reducir los costos de manufactura, a la vez que mejora (o al menos no compromete negativamente) la calidad del producto, el tiempo y el costo de desarrollo. Esta práctica representa muchas veces un reto para las personas dedicadas al diseño, como también para quienes se dedican a la implementación y realización, ya que existen diferencias fundamentales entre estos dos tipos de roles en el proceso de desarrollo. Lograr una interacción eficiente y productiva de estos dos roles, es una labor clave para el líder del trabajo de diseño y desarrollo.

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Es importante también reconocer que para un óptimo DFM, éste debe comenzar desde las etapas en la fase de pre-desarrollo, cuando se están generando conceptos para las varias soluciones que puede tener el producto. No tiene sentido seleccionar un diseño conceptual para proceder al desarrollo en detalle, si el concepto escogido no se puede soportar en las capacidades existentes de la organización para realizar los entregables, o por lo menos los aspectos de alto valor agregado de los entregables. Cuando menos, el DFM permite tener una discusión lógica sobre las concesiones a tomar, en cuanto a los costos de una nueva capacidad de manufactura versus los atributos del diseño que pueden crear mayor valor agregado al producto final.

Así, el éxito del DFM se puede asegurar al reconocer y actuar sobre el hecho de que pueden existir diferentes culturas entre el diseño y la manufactura. El principal obstáculo que esta diferencia puede generar, es el de la comunicación, pero existen por lo menos dos formas clave para mejorar este aspecto entre los dos grupos de trabajo [89]:

 Planificar para la comunicación: Esto significa identificar en qué lugares del proceso de desarrollo del proyecto, el DFM tendrá mayor impacto; típicamente mientras más temprano mejor. Luego asegurar que se incluyen oportunamente tareas para DFM en el plan de trabajo. Esto implica, incorporar en el cronograma, actividades y talleres para DFM, según lo requiera el proyecto.

 Asegurar un entendimiento común: Muchas veces puede no ser obvio para los diseñadores, que las capacidades requeridas en procesos de manufactura, para realizar la solución, pueden no existir, más aún, cuando se trata de un tercero quien se encarga de la realización. Esta falta de conocimiento sin embargo, también se encuentra cuando la realización se va a hacer “en casa” (in-house). De igual manera, los especialistas de manufactura, con frecuencia, no son consientes de las razones específicas sobre porqué una característica de diseño particular es necesaria para crear valor agregado para el cliente.

Son de esperarse entonces, las diferencias de conciencia entre los diseñadores y realizadores, y es una responsabilidad de los líderes del proceso de diseño gestionar el proceso de DFM efectivamente para el bien de la organización misma, y también del cliente.

4.8.1.1.3.

Diseño para el ensamble

Otro proceso importante en la gestión del desarrollo es el diseño para el ensamble (Design For Assembly -DFA). Una gran parte de los costos de realización de una solución de diseño se invierten en el tiempo necesario para el ensamble de los diversos componentes que pueden integrar el producto. En muchas industrias, tales como la aeroespacial, la minera, la de energía, la automotriz, y la de manufactura de bienes de consumo, entre muchas otras, el tiempo de manufactura se afecta fuertemente por la facilidad del ensamble del producto final. Consecuentemente, los especialistas o las competencias en procesos de ensamble se deben articular en el proceso de diseño en la misma manera que los de manufactura para el DFM.

No debe sorprender que las diferencias de cultura entre diseñadores y especialistas de ensamble también sean tan evidentes y comunes en el proceso de DFA como lo son en el de DFM. Sin embargo, la comunicación entre los dos grupos en DFA se facilita de la misma forma que en DFM: Planificar la comunicación, y crear una situación donde se pueda generar un entendimiento común.

De la mano con la definición de la arquitectura del producto, los procesos de gestión para DFM y DFA, claramente interactúan y afectan la solución de diseño escogida. Es muy posible que una opción de diseño conceptual escogida y optimizada para la manufactura sea difícil de ensamblar, agregándole tiempo, y por tanto costo al proceso que realiza el producto final. También, de forma inversa, un diseño optimizado para el ensamble puede ser costoso o incluso imposible de fabricar empleando las capacidades de manufactura disponibles. Por lo tanto, es responsabilidad del líder y su grupo de diseño, junto con la participación del cliente/usuario, asegurar que se toman las concesiones y compromisos (trade-offs) adecuados, entre un diseño que busque un máximo valor al cliente y una configuración de arquitectura de producto que busque efectividad y bajo costo en la manufactura, y la facilidad para el ensamble.

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Adicional a las consideraciones para la realización de productos tangibles que el grupo de desarrollo debe tener en cuenta durante el diseño y el despliegue de la arquitectura, también existen otros ámbitos para los cuales se hace cada vez mas importante optimizar el producto, a fin de lograr una posición competitiva en el mercado, e incluso, la autorización para entrar en él. Descritos en detalle por Pahl y Beitz [39], algunos de estos ámbitos son: el diseño para el mantenimiento, el diseño para mínimo riesgo, el diseño para el desgaste, el diseño ceñido a normas estandarizadas, el diseño para la ergonomía, el diseño para la estética, etc.

Por otro lado, uno de los ámbitos del diseño más importantes hoy en día es el diseño para el medio ambiente (Design For Environment -DFE), también conocido como el diseño sostenible o el ecodiseño ([11] [84] [85] [111] [113]). Actualmente, se ha vuelto cada vez más prioritaria la conciencia de protección al medio ambiente, en particular, para los sectores industriales que miran a los polímeros y materiales compuestos como una alternativa versátil con ventajas para satisfacer necesidades prácticas de diseño, y con facilidades relativas de manufactura en serie y conformación de los productos, al igual que la reducción de costos de fabricación y la posibilidad de obtener buenas relaciones de propiedades de desempeño versus peso, entre otros aspectos.

Precisamente, el impacto al medio ambiente que puede tener la realización de un producto, se debe tener en consideración al momento de evaluar los riesgos del proyecto, comenzando la identificación de éstos desde la fase de pre-desarrollo. Muchas veces el DFE aparece dentro de las prioridades de los planes estratégicos de desarrollo de las empresas, con motivaciones diversas para un diseño amigable con el medio ambiente y el ser humano [114][120]. Desde el punto de vista interno a la organización, algunas de estas motivaciones son por ejemplo: calidad del producto, imagen pública de la empresa, reducciones en costo, innovación, seguridad en las operaciones, y responsabilidad ética y social, entre otras. Desde el punto de vista externo, las motivaciones pueden provenir de frentes como: la legislación ambiental, la demanda del mercado, la competencia, asociaciones y agremiaciones, la relación con proveedores, el comportamiento de consumidor y las presiones sociales.

En el avance hacia el desarrollo de productos y procesos amigables al medio ambiente, se han propuesto varios métodos y herramientas, entre ellas, la familia de normas ISO14000 para la gestión orientada al medio ambiente y el análisis y evaluación de ciclo de vida (Life Cycle Analysis -LCA) [115][116]. Estas herramientas buscan ayudar a quienes desarrollan productos a re-pensar las formas como se producen los bienes, para mejorar la competitividad y las ganancias, al tiempo que se reducen los impactos al medio ambiente.

Otro ejemplo, son las prácticas recomendados por autores reconocidos como William McDonough y Michael Braungart [112], cuyos lineamientos han sido aplicados por empresas pioneras en innovación como Herman Miller y SteelCase, entre otros; su enfoque se basa en tres áreas claves del diseño del producto buscando evaluar las siguientes preguntas:

 La química de los materiales: ¿Qué componentes químicos tienen los materiales específicos del producto? ¿Son sanos para los humanos y el medio ambiente?

 Posibilidad de desensamble: ¿Es posible desensamblar los productos al final de su vida útil con el propósito de reciclar sus materiales?

 Reciclabilidad: ¿Los materiales empleados poseen contenidos reciclados? ¿Se pueden separar fácilmente los materiales en categorías de reciclaje? ¿Se pueden reciclar los materiales al final de la vida útil del producto?

Una actividad importante en la formulación del plan de trabajo para el desarrollo y los objetivos del proyecto, es entonces la fijación de metas relacionadas con DFE, enfocadas a mejorar la obtención de un producto sano para el hombre y el medio ambiente, y que adicionalmente apunten a reducir la huella de carbono del producto, es decir, la suma de todas las emisiones de gas de invernadero asociadas con el producto en todo su ciclo de vida [119]. Estas metas se pueden establecer a partir de las etapas del ciclo de vida del producto, entendiendo cómo cada una de estas etapas puede afectar al medio ambiente.

En el ANEXO 9.4 se presentan algunas recomendaciones para el DFE, según cada etapa de ciclo de vida del producto (materiales, producción, distribución, uso y recuperación), basados en el estudio de la doctora Cassandra Telenko de la Universidad de Texas en Austin [117][118]. Obviamente, estas recomendaciones son dadas casi exclusivamente desde la óptica de la sostenibilidad medioambiental, sin embargo, deben considerarse en el contexto de los demás requisitos y prioridades funcionales del producto, y buscar el mejor balance. Por ejemplo, si

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el producto requiere que el desensamble no sea trivial para evitar riesgos por vandalismo, entonces, las recomendaciones acerca de presencia de indicaciones explicitas en el producto sobre cómo desensamblarlo, o la consideración de características que faciliten el desensamble para reciclaje y reutilización, deberán ser evaluadas dentro de unas concesiones (trade-offs) discutidas y argumentadas para el fin práctico y validación del producto. Para la revisión de Compuerta 4, se recomienda realizar una evaluación de los lineamientos para el DFE y otros ámbitos que sean pertinentes según el nivel de riesgo que presentan, y suministrar una lista de chequeo para el producto en desarrollo.